#1 HVDC 해저케이블은 육지-제주간 전력 공급에 중요한 역할을 하고 있으나 1998년 시공 이후 세 차례의 손상이 있었으며, 해저케이블이 손상되었을 때마다 복구비용이 수십억 원에 달하고 있다 (한국전력공사, 2007). 해저케이블 손상의 원인으로는 양식장에 설치되는 쇠말목, 저인망 어구 그리고 ...
국문초록
CBRA를 적용한 해저케이블 매설깊이 산정기법
#1 HVDC 해저케이블은 육지-제주간 전력 공급에 중요한 역할을 하고 있으나 1998년 시공 이후 세 차례의 손상이 있었으며, 해저케이블이 손상되었을 때마다 복구비용이 수십억 원에 달하고 있다 (한국전력공사, 2007). 해저케이블 손상의 원인으로는 양식장에 설치되는 쇠말목, 저인망 어구 그리고 정박지 외의 지역에서 행해지는 선박의 주묘가 있으며, 주묘로 인한 해저케이블 손상 확률을 각각 48% (ICPC, 2008)와 69% (CIGRE, 2009)로 제시한 바 있어 주묘에 의한 손상이 주요 원인으로 볼 수 있다. 따라서 주묘로부터 해저케이블을 보호하기 위한 공법이 주요 관심사로 떠오르고 있으며, 이에 대한 국제적인 연구가 진행되고 있다. 해저케이블 보호공법에는 매설, 연성 보호공법 (사석 보호공), 강성 보호공법 (A-duct), 주강관 등 여러 공법들이 있으며, 이 중 매설이 가장 경제적이고 안정적인 공법이다. 매설공법은 매설깊이에 따라 시공비의 차이가 현저히 나기 때문에 경제성과 안정성을 고루 갖춘 매설깊이를 산정하는 것이 무엇보다 중요하다. 해저케이블 매설깊이를 결정하는 방법으로는 어구와 선박의 앵커를 3단계의 수치로 나타내어 최종적인 침투깊이를 산정하는 BPI와 NCEL에서 제시한 도표를 이용하는 방법이 있다. 그러나 이러한 노력은 경험적 요소에 의존하는 준 정량적인 한계점을 갖고 있다. 따라서 본 연구는 경험적, 준 정량적인 기존연구 (BPI, NCEL 도표)가 아닌 목표지역의 해양환경과 선박의 항행빈도를 고려하여 통계적이고 정량적으로 매설깊이 산정하는 CBRA (Davison et al., 2015)를 연구하였다. CBRA는 케이블 사고확률을 통해 재현주기별 최소 매설깊이 (DoL)를 산정하는 기법이며, 매설깊이를 결정하는 여러 가지 요인 중에 선박 앵커의 위협깊이를 정확하게 산정하는 것이 무엇보다 중요하다. CBRA 역시 선박 앵커의 위협깊이를 제시하였으나 문헌적 근거가 부족하여 한계가 있었다. 따라서 본 연구는 선박 앵커의 주묘시 최대 침투깊이에 대한 연구를 추가로 수행하였으며, Excel VBA모델링을 통해 점성토와 사질토에서 침투깊이를 산정하였다. 최대 침투깊이와 극한파주력 수치해석 결과를 Vryhof 데이터와 NCEL 도표를 비교한 결과 각각 최대 10%와 20%의 오차를 보였으며, 앵커의 복잡한 형상을 직사각형으로 모의한 모델임을 고려했을 때 비교적 잘 맞는 것으로 확인되었다. 본 연구는 해남-제주 해역에 가상의 해저케이블 구간을 선정하고 해당 구간의 해양환경은 한국지질자원연구원의 해저지질도를 참조하였으며, 수심에 대한 정보는 한국해양개발의 데이터를 사용하였고, 선박의 통행 빈도와 사고확률은 Marine Traffic에서 데이터를 제공받아 CBRA 모델에 적용하였다. CBRA 모델을 통해 최소 매설깊이를 산정한 결과, 목표 재현주기 2500년일 때 최소 0.6m에서 최대 0.74m, 재현주기 25000년일 때 최소 0.6m에서 최대 1.40m로 산정되었다. CBRA에 모델은 해당 구간의 지반조건, 수심, 항행 선박의 중량별 분포 그리고 사고확률이 최소 매설깊이 산정에 가장 큰 영향을 주었으며, 해당 조건들을 정확하게 적용한다면 신뢰성 있는 최소 매설깊이를 얻을 수 있는 것으로 판단된다.
국문초록
CBRA를 적용한 해저케이블 매설깊이 산정기법
#1 HVDC 해저케이블은 육지-제주간 전력 공급에 중요한 역할을 하고 있으나 1998년 시공 이후 세 차례의 손상이 있었으며, 해저케이블이 손상되었을 때마다 복구비용이 수십억 원에 달하고 있다 (한국전력공사, 2007). 해저케이블 손상의 원인으로는 양식장에 설치되는 쇠말목, 저인망 어구 그리고 정박지 외의 지역에서 행해지는 선박의 주묘가 있으며, 주묘로 인한 해저케이블 손상 확률을 각각 48% (ICPC, 2008)와 69% (CIGRE, 2009)로 제시한 바 있어 주묘에 의한 손상이 주요 원인으로 볼 수 있다. 따라서 주묘로부터 해저케이블을 보호하기 위한 공법이 주요 관심사로 떠오르고 있으며, 이에 대한 국제적인 연구가 진행되고 있다. 해저케이블 보호공법에는 매설, 연성 보호공법 (사석 보호공), 강성 보호공법 (A-duct), 주강관 등 여러 공법들이 있으며, 이 중 매설이 가장 경제적이고 안정적인 공법이다. 매설공법은 매설깊이에 따라 시공비의 차이가 현저히 나기 때문에 경제성과 안정성을 고루 갖춘 매설깊이를 산정하는 것이 무엇보다 중요하다. 해저케이블 매설깊이를 결정하는 방법으로는 어구와 선박의 앵커를 3단계의 수치로 나타내어 최종적인 침투깊이를 산정하는 BPI와 NCEL에서 제시한 도표를 이용하는 방법이 있다. 그러나 이러한 노력은 경험적 요소에 의존하는 준 정량적인 한계점을 갖고 있다. 따라서 본 연구는 경험적, 준 정량적인 기존연구 (BPI, NCEL 도표)가 아닌 목표지역의 해양환경과 선박의 항행빈도를 고려하여 통계적이고 정량적으로 매설깊이 산정하는 CBRA (Davison et al., 2015)를 연구하였다. CBRA는 케이블 사고확률을 통해 재현주기별 최소 매설깊이 (DoL)를 산정하는 기법이며, 매설깊이를 결정하는 여러 가지 요인 중에 선박 앵커의 위협깊이를 정확하게 산정하는 것이 무엇보다 중요하다. CBRA 역시 선박 앵커의 위협깊이를 제시하였으나 문헌적 근거가 부족하여 한계가 있었다. 따라서 본 연구는 선박 앵커의 주묘시 최대 침투깊이에 대한 연구를 추가로 수행하였으며, Excel VBA 모델링을 통해 점성토와 사질토에서 침투깊이를 산정하였다. 최대 침투깊이와 극한파주력 수치해석 결과를 Vryhof 데이터와 NCEL 도표를 비교한 결과 각각 최대 10%와 20%의 오차를 보였으며, 앵커의 복잡한 형상을 직사각형으로 모의한 모델임을 고려했을 때 비교적 잘 맞는 것으로 확인되었다. 본 연구는 해남-제주 해역에 가상의 해저케이블 구간을 선정하고 해당 구간의 해양환경은 한국지질자원연구원의 해저지질도를 참조하였으며, 수심에 대한 정보는 한국해양개발의 데이터를 사용하였고, 선박의 통행 빈도와 사고확률은 Marine Traffic에서 데이터를 제공받아 CBRA 모델에 적용하였다. CBRA 모델을 통해 최소 매설깊이를 산정한 결과, 목표 재현주기 2500년일 때 최소 0.6m에서 최대 0.74m, 재현주기 25000년일 때 최소 0.6m에서 최대 1.40m로 산정되었다. CBRA에 모델은 해당 구간의 지반조건, 수심, 항행 선박의 중량별 분포 그리고 사고확률이 최소 매설깊이 산정에 가장 큰 영향을 주었으며, 해당 조건들을 정확하게 적용한다면 신뢰성 있는 최소 매설깊이를 얻을 수 있는 것으로 판단된다.
Estimation Method of Submarine Cable Burial Depth using CBRA
Nam, Sang Uk Department of Civil Engineering Graduate School of Konkuk University
Submarine cable plays an important role in the supply of power between land and Jeju, but it has suffered three d...
ABSTRACT
Estimation Method of Submarine Cable Burial Depth using CBRA
Nam, Sang Uk Department of Civil Engineering Graduate School of Konkuk University
Submarine cable plays an important role in the supply of power between land and Jeju, but it has suffered three damages since its construction in 1998, and the cost of repairing submarine cable has reached several billion won. The causes of damage to the submarine cables are the piles installed in farms, trawlers and anchoring carried out in areas other than the marina. The submarine cables’ damaged probabilities are 48% (ICPC, 2008) and 69% (CIGRE, 2009), suggesting that the damage caused by the anchoring is the main cause. Therefore, the method for protecting the submarine cables from the anchoring is becoming a major concern, and international research is underway. There are various protection methods such as burial, ductile protection method, stiffness protection method (A-duct) and main steel pipe. Among them, burial is the most economical and stable method. It is important to estimate the burial depth with the economical and stability because construction costs differs greatly according to the burial depth of cables. There are few method for determine the depth of submarine cables, one of them is BPI, which estimates penetration depth by evaluating fishing gear and anchor of ship in three levels, another is NCEL chart. However, these efforts have semi-quantitative limitations that rely on empirical factors. Therefore, this study investigated CBRA which estimates burial depth statistically and quantitatively considering the submarine environment of the target area and the frequency of the ship's navigation. CBRA is a technique to estimate the minimum burial depth (DoL) per return period through the cable accident probability. It is most important to accurately calculate the depth of threat of the ship anchor among various factors determining burial depth. CBRA also presented the threat depth of ship anchor, but there was a limit due to lack of literature basis. Therefore, this study further investigated the maximum penetration depth of ship anchors and calculated the penetration depth of clay and sand seabed by Excel VBA modeling. Numerical results of maximum penetration depth and ultimate holding power were compared with Vryhof data and NCEL, and the errors are respectively 10% and 20%. these errors. These errors were found to be relatively good considering that the complex shape of an anchor is a model simulating a rectangle. In this study, we selected virtual submarine cable section in Jindo - Jeju sea and the submarine geological map of Korea Geological Resources Institute and water depth data of Korea Ocean Development, and Traffic frequency and accident probability of Marine Traffic were applied to CBRA model. As a result of estimating the minimum depth of burial through CBRA model, a minimum of 0.6m to a maximum of 0.74m at 2500 years return period, and a minimum of 0.6m to 1.40m at 25000 years return period. The model of CBRA has the greatest influence on the seabed condition, water depth, weight distribution and accident probability of navigation ships, and if the conditions are applied correctly, reliable minimum burial depth can be obtained.
ABSTRACT
Estimation Method of Submarine Cable Burial Depth using CBRA
Nam, Sang Uk Department of Civil Engineering Graduate School of Konkuk University
Submarine cable plays an important role in the supply of power between land and Jeju, but it has suffered three damages since its construction in 1998, and the cost of repairing submarine cable has reached several billion won. The causes of damage to the submarine cables are the piles installed in farms, trawlers and anchoring carried out in areas other than the marina. The submarine cables’ damaged probabilities are 48% (ICPC, 2008) and 69% (CIGRE, 2009), suggesting that the damage caused by the anchoring is the main cause. Therefore, the method for protecting the submarine cables from the anchoring is becoming a major concern, and international research is underway. There are various protection methods such as burial, ductile protection method, stiffness protection method (A-duct) and main steel pipe. Among them, burial is the most economical and stable method. It is important to estimate the burial depth with the economical and stability because construction costs differs greatly according to the burial depth of cables. There are few method for determine the depth of submarine cables, one of them is BPI, which estimates penetration depth by evaluating fishing gear and anchor of ship in three levels, another is NCEL chart. However, these efforts have semi-quantitative limitations that rely on empirical factors. Therefore, this study investigated CBRA which estimates burial depth statistically and quantitatively considering the submarine environment of the target area and the frequency of the ship's navigation. CBRA is a technique to estimate the minimum burial depth (DoL) per return period through the cable accident probability. It is most important to accurately calculate the depth of threat of the ship anchor among various factors determining burial depth. CBRA also presented the threat depth of ship anchor, but there was a limit due to lack of literature basis. Therefore, this study further investigated the maximum penetration depth of ship anchors and calculated the penetration depth of clay and sand seabed by Excel VBA modeling. Numerical results of maximum penetration depth and ultimate holding power were compared with Vryhof data and NCEL, and the errors are respectively 10% and 20%. these errors. These errors were found to be relatively good considering that the complex shape of an anchor is a model simulating a rectangle. In this study, we selected virtual submarine cable section in Jindo - Jeju sea and the submarine geological map of Korea Geological Resources Institute and water depth data of Korea Ocean Development, and Traffic frequency and accident probability of Marine Traffic were applied to CBRA model. As a result of estimating the minimum depth of burial through CBRA model, a minimum of 0.6m to a maximum of 0.74m at 2500 years return period, and a minimum of 0.6m to 1.40m at 25000 years return period. The model of CBRA has the greatest influence on the seabed condition, water depth, weight distribution and accident probability of navigation ships, and if the conditions are applied correctly, reliable minimum burial depth can be obtained.
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